Mikro Kirleticilerin Giderim Yöntemleri ve Yapılmış Olan Çalışmalar

Mikro kirleticilerin, atıksulardan giderilmesinde genel olarak kullanılan yaklaşımlar aşağıda sıralanmıştır (Dereci, 2010).

•Mevcut arıtma tesisleri en iyi şekilde optimize edilerek kullanımı,

•Mevcut arıtma tesisleri ile yeni teknolojilerin birlikte kullanımı,

•Kaynakta ayırma metodu,

•Kaynakta ölçüm metotlarıdır.

Tıbbi ilaçların sucul ortamlarda ve atıksu arıtma tesisi çıkış sularında eser miktarlarda tespit edilmesi, sucul ortamlardaki canlılar üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmak için AAT dizaynlarına yeni yaklaşımların getirilmesine yol açmıştır. Geleneksel AAT’ler organik madde giderimi üzerine tasarlanmış olmaları nedeniyle mikro kirleticilerin arıtımında etkili değildir. Tıbbi ilaçların yapısı, klasik atıksu arıtma tesislerine gelen organik maddelerden çok farklıdır. Kendilerine özel yapıları olan tıbbi ilaçların, organik yüke etkileri çok azdır (Dereci, 2010).

Bu kirleticilerin giderimin de mevcut arıtma yöntemlerinin yetersiz olduğu dikkate alınırsa, koagülasyon-flokülasyon, aktif karbon, ileri oksidasyon prosesleri ve membran teknolojileri gibi alternatif arıtma yöntemlerinin kullanılması gereklidir. Bu arıtma yöntemleri kullanılarak mikro kirleticilerin giderimin de en etkili olan ikili ya da tekli arıtma yöntemi belirlenebilir (Oğuz ve Akkurt., 2018). Alt başlıklarda alternatif arıtma yöntemleri ile su ortamlarından mikro kirleticilerin giderim verimleri kıyaslanmıştır.

3.1.1. Koagülasyon-Flokülasyon

Fizikokimyasal arıtma proseslerinin başlıcalarından olan koagülasyon-flokülasyon ve flotasyonun uygulama alanları;

kanalizasyon sistemlerine deşarj öncesi endüstriyel atıksuların ön arıtımı, kentsel atıksuların ön ve üçüncül arıtımı ve içme suyu arıtma tesisleridir. Genel olarak koagülasyon- flokülayon prosesinin çoğu mikro kirleticilerin giderimi için etkili değildir (Nas ve ark., 2017). Mikro kirleticiler bu proseslerle sadece sıvı fazdan katı faza geçiş yapmaktadır.

Suarez ve ark. (2009) yapmış oldukları çalışmada, hastane atıksuyundan 13 adet PPCP’nin giderimine yönelik koagülasyon-flokülasyon ve flotasyon proseslerinin uygulandığı bir çalışma yapmıştır. Ön arıtım süresince %92 oranında toplam askıda katı madde giderimi sağlanırken, misk kokuları da kesikli koagülasyon-flokülasyon prosesi süresince yüksek derecede elimine edilmiştir. Diklofenak, Naproksen ve İbuprofen gibi farmasotiklerin maksimum giderim verimleri sırasıyla %46, %42 ve %23 olup, diğer PPCP’ lerin fizikokimyasal arıtmadan etkilenmediği görülmüştür. Koagülasyon-flokülasyon ve flotasyon kombinasyonu ile ham atıksuyun arıtımı tüm prosesin verimliliğini geliştirmiştir. Çalışmanın sonucunda koagülasyon-flokülasyon prosesinin, hastane atıksuyu karakteristiklerini kentsel atıksuya benzetmek için uygun bir ön arıtma seçeneği olabileceği ifade edilmiştir. Tablo 3’ te bazı mikro kirleticilere ait arıtma verimleri verilmiştir (Suarez ve ark., 2009).

Tablo 3. Bazı mikro kirleticilerin koagülasyon-flokülasyon prosesinde giderimi

Koagulant Doz ve pH Atıksudaki bileşenler Arıtma Verimleri (%) FeCl3 /Al2(SO4)3 25,50 ppm and 7 İbuprofen 12.0 ± 4.8 FeCl3 /Al2(SO4)3 25,50 ppm and 7 Diklofenak 21.6 ± 19.4 FeCl3 /Al2(SO4)3 25,50 ppm and 7 Naproxen 31.8 ± 10.2 FeCl3 /Al2(SO4)3 25,50 ppm and 7 Carbamazepine 6.3 ± 15.9 FeCl3 /Al2(SO4)3 25,50 ppm and 7 Sulfamethoxazole 6.0 ± 9.5 FeCl3 /Al2(SO4)3 25,50 ppm and 7 Tonalide 83.4 ± 14.3 FeCl3 /Al2(SO4)3 25,50 ppm and 7 Galaxolide 79.2 ± 9.9

Tablo 3 incelendiğinde koagülasyon-flokülasyon prosesinin, Tonalide ve Galaxolide mikro kirleticilerini yüksek verimde giderirken; diğer mikro kirleticileri çok düşük oranda giderdiği hatta neredeyse hiç gidermediği görülmektedir. Sadece birkaç mikro kirleticinin giderimin de etkili bir yöntem iken; diğer kirleticileri düşük verimde

Derleme Makale Review Article Ş. Akkurt, M. Oğuz

arıtılması nedeniyle tek başına yeterli değildir. Başka arıtma yöntemleri ile birleştirilerek kullanılması ile arıtma verimi artırılabilir.

3.1.2.Aktif Karbon

Geniş iç gözenek yapısı, büyük kristal forma sahip olan aktif karbonlar; insan sağlığına zararsız, kullanışlı ürünler olup, oldukça geniş iç yüzey alanına sahiptir.

Sahip oldukları gözenekleri vasıtasıyla, çözeltideki molekül ve iyonları iç yüzeylerine doğru çekerek kirleticileri adsorbe ederler. Genellikle, içme suyunda tat ve koku giderimin de kullanılırlar. Hem toz aktif karbon (PAC) hem de granüler aktif karbon (GAC) adsorpsiyon uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Kullanılan adsorbanın özelliğine bağlı olarak toz ve granüler aktif karbon ile kirleticilerin giderim verimleri değişmektedir.

Kougülasyon- flokülasyon prosesi ile kıyaslandığında aktif karbon mikro kirletici giderimin de daha etkilidir (Nas ve ark., 2017).

Kovala ve ark. (2013), hastane atıksularının ön arıtımında toz aktif karbon, ozonlama ve UV kullanımının arıtma verimi üzerine etkisini araştırmışlardır. Giderim verimlerinin % 90’ın üzerinde bulunmuştur. Tablo 4’te bazı mikro kirleticilerin aktif karbon adsorpsiyonu ile arıtma verimleri verilmiştir (Kovala ve ark., 2013; Grover ve ark., 2011).

Tablo 4. Bazı Mikro Kirleticilerin Adsorpsiyon Prosesi İle Arıtma Verimleri Adsorbent Dozaj Bileşik Arıtma Verimi (%) PAC 8, 23, 43 mg/l Diklofenak 96, 98, 99

PAC 8, 23, 43 mg/l Karbamazepine 98, 99, 100 PAC 8, 23, 43 mg/l Propranolol >91, >94, >94 PAC 8, 23, 43 mg/l Sülfamethokzol 2, 33, 62

GAC Tam ölçek Diklofenak >98

GAC Tam ölçek Karbamazepine 23

GAC Tam ölçek Propranolol 17

Tablo 4 incelendiğinde; Diklofenak, Karbamazepine ve Propranolol mikro kirleticilerinin toz aktif karbon ile granüler aktif karbona göre daha iyi verimde arıtıldıkları görülmektedir. Bu çalışmada elde edilen arıtma verimlerine göre; granüler aktif karbon ve toz aktif karbonun her ikisinin de bazı mikro kirleticilerin giderimin de etkili yöntemler olarak kullanılabileceği sonucuna varılabilir.

3.1.3.Ozonlama

İlaç kalıntılarının içme sularından giderimin de yaygın olarak kullanılan ozonlama prosesinde; hızlı ozon tüketiminin olması, buna bağlı olarak ilaç kalıntılarının oksitlenmesinin tam olarak gerçekleşmemesi ve bazı durumlarda ozonlama ile kanserojen bromat iyonlarının zararlı yan ürün olan bromit iyonlarına dönüşmesi gibi olumsuz özellikleri vardır (Yu ve ark., 2013).

Hastane atıksularında ise, ozonlama ile birlikte toz aktif karbon ilavesi de pek çok farmasotiğin atıksudan gideriminde etkili olmasına rağmen, iyotlu röntgen kontrast maddelerinin giderimin de iyi sonuç vermemektedir. Hastanelerde enfeksiyon etkeni olarak bilinen bazı bakterilerin ozon gazı ve/veya negatif iyona duyarlılıkları ve dezenfeksiyon yöntemlerinin kullanımının değerlendirilmesine ilişkin yapılan bir çalışmada, tüm bakteri türlerinin ozon gazına son derece duyarlı olduğu ve kısa maruziyet sürelerinde üremelerinin inhibe olduğu belirlenmiştir. Ozonlama nispeten ucuz bir tekniktir. Fakat oluşan yan ürünler yeterli karakterize edilememektedir. Bu nedenle, ozonlanmış AAT çıkış sularında yan ürünlerin hakimiyeti araştırılmalıdır (Yaşar ve ark., 2013). Tablo 5’ te sadece ozonlama ve ileri oksidasyon prosesi ile entegre edilmiş ozonlama yöntemlerine ait giderim verimleri verilmiştir (Sui ve ark.,2010;

Gerrity ve ark., 2011).

Tablo 5. Bazı Bileşiklerin Ozonlama ve İleri Oksidasyon Prosesleri İle Arıtma Verimleri

Doz Bileşik Arıtma Verimi (%)

O3 (5 mg/l) Karbamazepine >90

O3 (5 mg/l) Diklofenak >90

70

Derleme Makale Review Article

Ş. Akkurt, M. Oğuz

O3 (5 mg/l) Metoprolol 80-90

O3 (5 mg/l) Bezafibrat 0-50

O3 (5 mg/l) + H2O2 (3,5 mg/l) Karbamazepine >99 O3 (5 mg/l) + H2O2 (3,5 mg/l) Diklofenak >99 O3 (5 mg/l) + H2O2 (3,5 mg/l) Sülfamethokzol 98 O3 (5 mg/l) + H2O2 (3,5 mg/l) Triklosan >99 O3 (5 mg/l) + H2O2 (3,5 mg/l) Bisfenol A >78

Tablo 5 incelendiğinde; Karbamazepine, Diklofenak ve Triklosan bileşiklerinin % 90’ın üstünde arıtma verimleriyle giderildikleri görülmektedir. Ozonlama, ileri oksidasyon prosesi ile birlikte kullanıldığında arıtma veriminin % 98 gibi yüksek oranda olup kirleticilerin neredeyse tamamen giderildiği tespit edilmiştir. Fakat, Bezafibrat ve Bisfenol A daha düşük verimde arıtılmıştır. Diğer mikro kirleticilerinde yüksek oranda arıtılabilmesi için başka arıtma prosesleri ile entegre edilerek giderimi sağlanabilir.

Diklofenak İlaç Kalıntısının UV ve UV/ H2O2 yöntemleri ile gideriminin karşılaştırıldığı bir çalışmada, UV prosesi ile Diklofenak’ın %90 verim ile gerçekleşirken, UV/ H2O2 prosesi ile giderim verimi ise %100 olduğu belirlenmiştir.

Elde edilen sonuçlar kıyaslandığında her iki prosesin de Diklofenak’ı iyi oranda giderdiği sonucuna varılmıştır.

Hidrojen peroksit ilavesi ile OH^- sayısının artmasına neden olarak daha fazla sayıda Diklofenak’a etki ederek parçalanmanın hızını artırmaktadır. Bu nedenle Diklofenak gideriminin H2O2 varlığında daha fazla olduğu ifade edilmiştir (Üstün Odabaşı ve ark., 2018).

3.1.4.Membran Filtrasyon

Partikül maddelerin, kolloidlerin, büyük moleküllerin, iyonların, askıda katı maddelerin ve çözünmüş maddelerin ayırımını yapmak için kullanılan bir teknolojidir (Arı, 2009).

Membran işlemlerinin arıtma verimliliği büyük ölçüde membran işleminin türüne, membranın özelliklerine, membran gözeneklerinin tıkanmasına, çalışma koşullarına ve seçilen mikro kirleticilerin özelliklerine bağlıdır.

Mikrofiltrasyon (MF) ve ultrafiltrasyon (UF) bulanıklığı ortadan kaldırmak için oldukça etkili yöntemlerdir.

Jerman ve ark. (2009), UF işlemi sırasında İbuprofen ve Östradiol durumunu belirlemek ve organik maddelerin filtrenin tıkanması üzerine olan etkisini tespit etmeye çalışmışlardır. Doğal organik madde olmadan hidrofilik UF membranı, İbuprofeni çok düşük miktarda, Östradiolü ise % 80’den daha az oranda gidermiştir. Hidrofobik UF membranında ise Östradiol % 80’e kadar yüksek oranda giderilirken; İbuprofeni ise % 25’e kadar gidermiştir.

Hidrofilik membranın hidrofobik UF membranına göre çok daha az oranda mikro kirleticileri giderdiği tespit edilmiştir.

Garcia ve ark. (2013), evsel atıksuyu tekrar kullanabilmek için atıksudaki mikro kirleticilerin giderimin de MF’ye ters ozmoz (RO) entegre edilerek arıtımı incelenmiştir. MF ile Bis (2-ethylhexyl) ftalatı % 50’den fazla oranda gidermişlerdir. MF’dan sonra RO sistemi ile arıtım yapıldıktan sonra arıtma verimi % 65-90 aralığında yüksek verimde (Nonilfenol ve İbuprofen hariç) mikro kirleticilerin giderildiğini ileri sürmüşlerdir. Bu nedenle tek başına MF mikro kirleticilerin giderimin de RO ile birleştirildikten sonra arıtım verimine (MF+RO % 90) göre daha az etkili olduğu tespit edilmiştir (Garcia ve ark., 2013). Bu verilere bakılarak RO ile MF ve UF entegre edilmesiyle mikro kirleticilerin daha yüksek oranda giderilebileceği sonucuna varılabilir.

Başka bir çalışmada, Kayseri Organize Sanayi Bölgesi AAT atıksularının, pilot ölçekteki membran biyoreaktör (MBR) ve ters ozmoz (RO) sistemi ile mikro kirleticilerin arıtılabilirliği değerlendirilmiştir. Mikro kirletici gideriminin sağlanması için ilk adım olarak MBR’nin AAT ön çökeltim tankı çıkışından beslenerek artımı yapılmış, ikinci adımda ise MBR çıkışından beslenen RO işletilmiştir. MBR’nin işletim süresi boyunca ortalama temel kirlilik parametresi olan KOİ’de % 91 giderim verimi sağlanmıştır. MBR çıkış suyuyla işletilen ters ozmoz sisteminde ortalama %98.2 ± 0,5 iletkenlik giderimi sağlanmıştır. 67’si öncelikli kirletici olan 83 mikro kirleticinin analizi yapılmıştır. Mikro kirleticilerden, 67 öncelikli kirleticinin 46’ sı tespit sınırının altında olduğu görülmüştür (Özcan, 2017).

Yapılan çalışmalarda nanofiltrasyon ve ters ozmoz sistemlerinin ilaç kalıntılarının ve mikro kirleticilerin giderimin de etkili olduğu görülmüştür. Bu yöntemlerin kullanımını azaltan en önemli dezavantajı, membranların biyolojik

Derleme Makale Review Article Ş. Akkurt, M. Oğuz

olarak tıkanması ve filtrede tutulan kısmın bertaraf sorunu ana problem olarak karşımıza çıkmaktadır (Yu ve ark., 2013; Ben Abdelmelek ve ark.,2011).

3.1.5.Membran Biyoreaktör

Membran biyoreaktör prosesi, biyolojik aktif çamur sistemi ile membran filtrelerin (UF ve MF) birleştirilmesi sonucu oluşmaktadır. Membran biyoreaktörlerin birçok avantajı vardır. Bunlardan bazıları; yüksek oranda mikrobiyal arıtımı, kontrol edilebilir çamur yaşı ve hidrolik bekletme süreleri, yüksek kalitede çıkış suyu eldesi, reaktörde yüksek biyokütle içeriği, daha az çamur tıkanma oranı, daha düşük çamur üretimi ve daha az alan ihtiyacı olarak sıralanabilir (Luo ve ark., 2014).

MBR ile yapılmış olan bir çalışmada ham atıksudan; Bisfenol A, Estradiol, Östron ve İbuprofen neredeyse tamamen (yaklaşık % 100) giderilmiştir. Diğer mikro kirleticiler ise % 90 oranında ham atıksudan uzaklaştırılmıştır. Fakat;

Diklofenak, Karbamazepine, Diazem gibi bazı mikro kirleticiler ise ( % 24-68) tamamen giderilememiştir (Trinh ve ark., 2012).